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11月14日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）发布消息，其研究人员正利用3D打印技术来制造激光聚变的靶丸，这一应用可能将会有助于未来靶丸的大规模生产。
项目背景
在过去的两年内，LLNL的激光聚变装置-国家点火装置（NIF）已先后4次实现净能量增益的点火实验（感兴趣的朋友可以点击NIF和LLNL，了解更多详细信息），吸引了全球对激光聚变的关注。
当前的点火靶丸几乎是一个完美的空心钻石球体，里面包裹着氘和氚（DT）聚变燃料，悬挂在一个名为“hohlraum”的金制圆柱体内。当这些氢同位素暴露于强烈的激光能量时，它们会发生聚变反应并产生更多的能量。
通常来说，这些靶丸需要数月时间制造，但一个运行中的聚变能源电厂每天将需要近一百万个靶丸并以每秒十次的速率点火。因此，需要一种全新的、能够规模化的方法来生产靶丸。
项目概况
为了探索这种新的方法，LLNL的Laboratory Directed Research and Development（LDRD）正在开发3D打印靶丸的技术，希望通过先进的3D打印技术提供了一个潜在的解决方案，以弥合将惯性聚变能源（IFE）电厂变为现实的科学与技术之间的差距。
该项目由James Oakdale和Xiaoxing Xia领导，通过构建设计、制造、表征和现场全3D打印燃料靶丸的工作流程来推进增材制造。它还在开发一种首创的双波长双光子聚合（dual-wavelength, two-photon polymerization，DW-2PP） 方法，以突破增材制造的当前极限，以满足点火靶丸的严格工程要求。
来自实验室材料工程部的联合首席研究员兼科学家Xiaoxing Xia表示：“我们专注于一种特定类型的湿泡沫靶丸，其中液体DT可以通过毛细作用在球形靶丸内部形成均匀的泡沫层，目前的DT冰层铺设过程需要长达一周的时间才能完成，而且非常细致。3D打印可能是大规模处理这种复杂几何形状的唯一工具”。
3D打印的激光聚变靶丸
此外，新的DW-2PP方法将进一步提高打印分辨率并支持多材料打印。如果成功，该项目将全面解决3D打印点火靶丸的关键瓶颈。
来自实验室材料科学部的联合首席研究员James Oakdale说：“我们的 DW-2PP 打印机使用两个不同波长的光源，以亚微米分辨率选择性地打印不同的材料，这种新颖的能力使我们能够精确控制靶丸和内部泡沫材料内的空间化学和密度，这使我们能够快速响应定制或一次性靶丸设计”。
未来展望
3D打印的靶丸已经在今年进行的两次NIF实验中成功使用，还产生了支持国家库存管理计划的重要数据，预计未来一年还会通过更频繁的实验来进行验证。该技术目前来看是非常具有前景的，但这项技术是否最终能够成为聚变能源解决方案还有待进一步的观察。
LLNL惯性聚变能源机构倡议的负责人Tammy Ma表示：“现在我们已经实现了聚变点火并重复了这一过程，实验室正在迅速将我们几十年的专业知识应用于解决建造激光聚变电厂所需的聚变生态系统的核心物理和工程挑战。大规模生产点火靶丸是其中之一，先进的3D打印技术可能会帮助我们实现这一目标”。
LLNL NIF & Photon Science Directorate的首席副主管Jeff Wisoff这样评价：“解锁聚变是美国竞争力的战略资产，我们必须投资于基础科学和技术，以建立在聚变点火的历史性成就上。这样做既确保了库存，也为聚变能源革命奠定了基础”。
参考链接：
https://lasers.llnl.gov/news/llnl-researchers-explore-next-gen-3d-printing-harness-fusion-energy
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